科研人員為多種植物葉片代謝物“拍照”

研究成果以封面論文形式發表于《分析化學》雜志 中國科大供圖

在已知植物種群中，有約20萬個植物代謝物的化學結構被鑒定出來。植物代謝物的成分分析和空間成像對探討植物代謝物的生物合成、運輸、生理機制、自我調節機制，以及植物與生態的相互作用具有重要意義。

質譜成像是近年來涌現出的分子成像技術，具有免熒光標記、不需要復雜樣品前處理等優點。然而，由于植物角質層和表皮蠟的存在，常規軟電離技術很難穿透角質層作用于葉肉組織，從而無法對植物葉片中的代謝物進行直接成像。

課題組通過印跡方法，將葉片中的植物代謝物轉移至多孔聚四氟乙烯材料上，并對印跡后的材料進行成像，實現了對葉片植物代謝物的間接成像。由于使用解吸電噴霧電離/二次光電離技術，在正離子模式下，可新檢出多達百種如萜類、黃酮類、氨基酸和苷類等次生代謝產物；在負離子模式下，整體代謝物信號強度可增強一個數量級，有利于獲取更多植物代謝物空間成像。

課題組進一步利用該技術對茶葉進行研究，發現咖啡因在葉中脈富集、茶氨酸在葉柄富集并延伸至中脈和葉尾，為咖啡因主要在茶葉中脈合成和茶氨酸在茶葉根部合成再轉運至葉片的生物合成位點及轉運路徑提供了強有力的證據。實驗還檢測到茶葉中兒茶素生物合成網絡中重要的黃酮類代謝物，并以質譜成像的形式展示出空間分布，表明印跡解吸電噴霧電離/二次光電離成像技術在探索植物代謝轉化位點和途徑方面具有巨大潛力。

國家同步輻射實驗室吳劉天博士生為論文第一作者，劉成園特任副研究員和潘洋教授為共同通訊作者。